DE3877191T2

DE3877191T2 - Verfahren und vorrichtung zum messen einer dreidimensionalen gekruemmten oberflaeche.

Info

Publication number: DE3877191T2
Application number: DE8888309658T
Authority: DE
Inventors: Masaichi Inomata; Isamu Komine; Mitsuaki Uesugi
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1988-05-17
Filing date: 1988-10-14
Publication date: 1993-05-19
Anticipated expiration: 2008-10-15
Also published as: JPH061167B2; US4874955A; EP0342289B1; KR890017521A; DE3877191D1; CA1294426C; JPH01288702A; KR920010550B1; EP0342289A2; EP0342289A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zum Messen einer dreidimensional gekrümmten Oberflächenform durch Mittel der Interferenz von Licht.
Die Verfahren zum Beobachten von Formen durch Anwenden der Interferenz von Licht sind aus alten Zeiten als effektive Methoden zur Beobachtung der feinen Unregelmäßigkeiten auf einem Objekt bekanntgeworden, das in Form eines Musters vermessen werden soll. Insbesondere wird ein sogenanntes Interferenz-Mikroskop, das ein Interferometer und ein Mikroskop kombiniert, weit verbreitet z.B. als Formmeßeinrichtung (zuerst als Positionsmeßvorrichtung) zum Messen der geformten Enden eines Magnetkopfes verwendet, um dessen Befestigungsposition während des Zusammenbaus des Magnetkopfes auf dem Zylinder eines VTR einzujustieren.
Es ist eine Anzahl von Arten von Interferenz-Mikroskopen bekanntgeworden, die beispielsweise den Michelson-Typ, den Linnik-Typ, den Tolansky-Typ etc. enthalten, wie dies z.B. auf Seite 171 von FUNDAMENTAL STUDY ON APPLICATION OF LIGHT TO MEASUREMENT (veröffentlicht durch Society for Automatic Control of Measurement) gezeigt wird und wobei deren Meßprinzipien alle äquivalent zu dem in Fig. 1 gezeigten sind.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 61 eine Lichtquelle, 62a einen Halbspiegel, 63 einen Referenzspiegel, 64 eine Objektivlinse und 65 ein zu vermessendes Objekt.
Wie in Fig. 1 gezeigt, benutzt dieses Meßprinzip ein Phänomen, das infolge der Interferenz zwischen dem reflektierten Licht von der Oberfläche des zu vermessenden Objektes 65 und dem reflektierten Licht von dem Referenzspiegel 63, die Wegabschnitte, wo die Unterschiede in der Lichtweglänge zwischen den Lichtstrahlen gerade Vielfache λ/2 (λ ist die Wellenlänge des Lichts) sind, hell werden und die anderen Wegabschnitte ungerade Vielfache von λ/2 dunkel werden, wodurch auf der Oberfläche des zu vermessenden Objektes Konturstreifen 66 mit einem λ/2-Abstand entstehen (die Differenzen der Lichtweglänge besitzen die Wirkungen des zweifachen Betrages der Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des Objektes).
Wenn auch ein derartiges Interferenz-Mikroskop zum allgemeinen und intuitiven Betrachten der gesamten Form des zu vermessenden Objektes geeignet ist, um die Form quantitativ zu erfassen, treten folgende Schwierigkeiten in Erscheinung und deshalb ist die Anwendung eines derartigen Interferenz-Mikroskopes zur tatsächlichen Formenmessung schwierig.
(1) Die Höhe eines bestimmten Punktes zu bestimmen, erfordert, daß die Anzahl der Streifen von einem Referenzpunkt einer nach dem anderen gezählt werden, was einen großen Betrag von Bildverarbeitung erfordert.
(2) Wenn auch die relative Verschiebung zwischen zwei Punkten durch Zählen der Anzahl von Streifen bestimmt werden kann, wobei einer der zwei höher ist, dann kann der andere infolge des Mangels an Information nicht bestimmt werden.
(3) Es ist schwierig, die Höhe von irgendeiner Form zu vermessen, die in der Höhe schrittweise Unterschiede aufweist, weil dies es unmöglich macht, die Verbindung der Streifen zu erkennen.
(4) Gibt es beträchtliche Variationen in dem Oberflächenreflektionsvermögen von einem zu vermessenden Objekt oder in dem Fall eines Objektes, daß Unregelmäßigkeiten größer als die kohärente Distanz von Licht aufweist, sind die Interferenzstreifen im Kontrast verschlechtert und es ist schwierig, die Interferenzstreifen zu entnehmen, was mitunter die Messung unmöglich macht.
Andererseits sind Vorschläge gegeben worden, um besser die Form eines zu vermessenden Objektes quatitativ zu vermessen, um die vorgenannten Schwierigkeiten zu überwinden.
Ein derartig vorgeschlagenes Verfahren wird in der offgelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 60-111 06 offenbart. Fig. 2 zeigt das Verfahren, das in diesem offengelegten Patent Nr. 60-111 06 offenbart wird. In der Figur kennzeichnet das Bezugszeichen 71 ein zu vermessendes Objekt, 72 ein Mikroskop, 73 eine Lichtquelle, 74 einen Strahlspalter, 75 einen Referenzlichtspiegel, 77 einen Galvanospiegel, 78 einen Schlitz und 79 eine Photovervielfacherröhre. Das Bezugszeichen 80 kennzeichnet einen Tisch, 81 einen Motor und 82 eine Vorschubschraube.
Dieses Verfahren benutzt die Tatsache, wobei die Lichtquelle eines Interferenz-Mikroskopes eine ist, die innen in Kohärenz ist oder die eine Lichtquelle mit einem engen kohärenten Bereich aufweist, wobei die Interferenzstreifen im Kontrast ein Maximum werden, wenn die Distanz von der Lichtquelle 73 zu dem zu vermessenden Objekt gleich der Distanz von der Lichtquelle 73 zu dem Referenzlichtspiegel 75 ist, daß die Distanz zwischen dem Mikroskop 72 und dem zu vermessenden Objekt 71 durch die Bewegung des Tisches 80 variiert wird, während die reflektierte Lichtintensität von einem gegebenen Punkt auf der Oberfläche des Objektes 71 beobachtet wird. Anschließend wird durch Detektieren der relativen Positionen des Objektes 71 und des Mikroskopes 72, wenn der Spitzenwert für jede Periode des Interferenzstreifenlichtes und der Dunkelpegelwerte den Maximumwert annimmt, die Höhe des gegebenen Punktes gemessen. Somit wird während des Verschiebens des Meßpunktes von einem zum anderen durch die Einrichtung des Galvanospiegels 77, die oben erwähnte Messung wiederholt, wodurch die gesamte Form des Objektes 71 vermessen wird.
Während diese Methode zu Zeitpunkten der quantitativen Eigenschaft von Messungen vorteilhaft ist, muß die Messung im Grunde Punkt für Punkt durchgeführt werden, was viel Zeit für die Messungen erfordert und in der Realität ist es schwierig, dreidimensionale Profile der Oberfläche des zu vermessenden Objektes mit einem hohen Grad von räumlicher Auflösung zu messen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät zum Messen einer dreidimensional gekrümmten Oberflächenform mit einer quantitativ hohen Geschwindigkeit zu schaffen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Messen einer dreidimensional gekrümmten Oberflächenform vorgeschlagen, das die Verfahrensschritte aufweist:
Erzeugen von Interferenzstreifen, die an der Oberfläche eines Objektes (5) beobachtbar sind, das gemäß einer optischen Weglängendifferenz zwischen einem Lichtstrahl, der von der Oberfläche des zu vermessenden Objektes (5) reflektiert wird, und einem Lichtstrahl vermessen wird, der von einem ebenen Referenzreflektor (6) quer zu einer optischen Achse reflektiert wird;
Messen des ebenen Referenzreflektors (6) oder einer Referenzoberfläche des zu vermessenden Objektes in der Richtung der optischen Achse oder einer Äquivalent-Größe zu der Position, während der ebene Reflektor (6) oder das Objekt (5) in der optischen Achsrichtung bewegt wird;
Aufnahme eines Musters von Interferenzstreifen, die auf der Oberfläche des zu vermessenden Objektes beobachtbar sind; gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
Verarbeiten eines Videosignals von Augenblick zu Augenblick, das von dem aufgenommenen Muster erzeugt wird, um ein zusammengesetztes Abbild zu formen, in dem jedes von einer Anzahl von Bildelementen entsprechend den verschiedenen Positionen auf der Objektoberfläche einem Wert zugeordnet wird, der die Position des ebenen Referenzreflektors oder die Objektreferenzoberfläche in der optischen Achsrichtung oder eine Äquivalent-Größe dazu verkörpert, wenn jede der Positionen der Objektoberfläche seine maximale Helligkeit erreicht; und
Messen einer dreidimensional gekrümmten Oberflächenform des zu vermessenden Objektes gemäß dem zusammengesetzten Abbild.
Im Ergebnis kann das dreidimensionale Profil eines zu vermessenden Objektes in der Form eines Musters durch eine Einzelabtastung der Referenzebene (oder des zu vermessenden Objektes) in der Richtung der optischen Achse vermessen werden, was das Ergebnis liefert, daß wenn beispielsweise eine Fernsehkamera als Abbildaufnahmeeinrichtung verwendet wird, das dreidimensionale Profil der Objektoberfläche quantitativ mit hoher Geschwindigkeit bei einer Auflösung vermessen werden kann, die der räumlichen Auflösung der Kamera entspricht.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Gerät zum Messen einer dreidimensional gekrümmten Oberflächenform vorgeschlagen, das aufweist:
eine Interferenzstreifen-Erzeugungseinrichtung (1) zum Erzeugen von Interferenzstreifen, die auf der Oberfläche eines Objektes (5) beobachtbar sind, das gemäß einer optischen Weglängendifferenz zwischen einem Lichtstrahl, der von der Oberfläche des zu vermessenden Objekten (5) reflektiert wird, und einem Lichtstrahl vermessen wird, der von einem ebenen Referenzreflektor (6) reflektiert wird;
Bewegungsvorrichtungen zum Bewegen des ebenen Referenzreflektors (6) oder des zu vermessenden Objektes in Richtung einer optischen Achse;
Positionsmeßeinrichtungen (10) zum Messen der Position des ebenen Referenzreflektors oder einer Referenzoberfläche des zu vermessenden Objektes in der optischen Achsrichtung oder eine Äquivalent-Größe dazu;
Abbildaufnahmeeinrichtungen (9) zur Aufnahme eines Musters von Interferenzstreifen, die auf der Oberfläche des zu vermessenden Objektes beobachtbar sind; gekennzeichnet durch:
eine Abbildzusammensetz-Anordnung (14), die vorgesehen ist, um ein Videosignal von Augenblick zu Augenblick zu verarbeiten, das von der Abbildaufnahmeeinrichtung erzeugt wird, um ein zusammengesetztes Abbild zu erzeugen, indem jedes von einer Anzahl von Bildelementen entsprechend den verschiedenen Positionen auf der Objektoberfläche einem Wert zugeordnet wird, der die Position des ebenen Referenzreflektors oder der Objektreferenzoberfläche in der optischen Wegrichtung oder einer Äquivalent-Größe dazu verkörpert, wenn eine Position auf der Objektoberfläche, die jedem Bildelement entspricht, ihre maximale Helligkeit erreicht;
wodurch eine dreidimensional gekrümmte Oberflächenform des zu vermessenden Objektes durch eine computerisierte Verarbeitung auf der Basis des zusammengesetzten Abbildes durchgeführt wird, das durch die Abbildzusammensetz-Anordnung (14) gebildet wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß ein Interferenzstreifen-Erzeugungsmikroskop z.B. als eine Einrichtung zur Erzeugung von Interferenzstreifen verwendet werden kann, und daß dessen Lichtquelle eine enthält, die geringe Kohärenz-Eigenschaften aufweist.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm zum Erläutern des Prinzips eines Interferenz-Mikroskopes.
Fig. 2 ein Blockdiagramm, das ein herkömmliches Gerät zum Messen einer dreidimensional gekrümmten Oberflächenform zeigt.
Fig. 3A ist ein schematisches Diagramm zum Erläutern des Meßprinzips der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3B ist ein charakteristisches Diagramm, das die Relation zwischen der Position eines Referenzspiegels und den Mustern von Interferenzstreifen zeigt.
Fig. 4 ein charakteristisches Diagramm, das Variationen in der Reflektionsintensität in einem Punkt B mit der Bewegung des Referenzspiegels zeigt.
Fig. 5 ein Blockdiagramm, das ein Meßgerät für eine dreidimensional gekrümmte Oberflächenform gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 6 ein schematisches Diagramm, das das Lichtinterferenzsystem in dem Gerät nach Fig. 5 zeigt.
Fig. 7 ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel der Abbildzusammensetzschaltung in Fig. 5 zeigt.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Bevor ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wird, wird das Meßprinzip der Erfindung nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 3A, 3B und 4 beschrieben. Fig. 3A ist ein schematisches Diagramm zum Erläutern des Meßprinzips dieser Erfindung und Fig. 3B ist ein charakteristisches Diagramm, das die Relation zwischen der Referenzspiegelposition und dem Interferenzstreifenmuster zeigt. Fig. 4 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Variationen der Reflektionsintensität im Punkt B (siehe Fig. 3A) infolge der Bewegung des Referenzspiegels zeigt. In Fig. 3A enthält ein Interferenz-Mikroskop eine Lichtquelle 2, einen Halbspiegel 3, einen Träger 4, eine Probe 5, einen Referenzspiegel 6 und eine Objektlinse 7. Das Bezugszeichen 9 kennzeichnet eine Fernsehkamera, 9a einen Fernsehmonitor und 14 eine Abbildzusammensetz-Anordnung.
Wenn die Oberfläche der Probe 5 durch die Fernsehkamera 9 unter Verwenden des Interferenz-Mikroskopes 1 beobachtet wird, werden Interferenzstreifen infolge der Differenz in der optischen Länge zwischen den Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche der Probe und dem Referenzspiegel 6 beobachtet.
Wenn zu diesem Zeitpunkt die Lichtquelle 2 eine ist, die eine geringe Kohärenz aufweist, formen die resultierenden Interferenzstreifen ein derartiges Muster, das der Kontrast an der Position maximal wird, wo die Differenz in der optischen Weglänge zwischen der Probenoberfläche und der Referenzspiegeloberfläche auf Null reduziert ist und der Kontrast mit der Zunahme in der optischen Weglängendifferenz abgeschwächt wird.
Wenn der Referenzspiegel 6 relativ zu der Probe 5 bewegt wird, die eine dreieckförmige Form im Querschnitt wie in Fig. 3A gezeigt aufweist, wird im Ergebnis wie durch die Wechsel der Interferenzstreifenmuster in Fig. 3B gezeigt, die Art und Weise, in der der Punkt des maximalen Interferenzstreifenkontrastes verschoben wird, graduell beobachtet.
Zu diesem Zeitpunkt ist ein Punkt, z.B. der Punkt B auf der Probenoberfläche zu beachten, wenn der Referenzspiegel 6 bewegt wird, dann variiert die Reflektionsintensität in dem Punkt B wie in Fig. 4 gezeigt, so daß die Reflektionshelligkeit ein Maximum wird, wenn der Referenzspiegel 6 eine Position A erreicht, wo dessen Spiegelabbild durch den Punkt B geht.
Dieses Phänomen beinhaltet, daß beim Abtasten des Referenzspiegels 6 in der Richtung des optischen Weges, um die Reflektionsintensität an allen Punkten in dem Beobachtungsfeld von Augenblick zu Augenblick zu beobachten, wenn die Abbildzusammensetzschaltung 14 eine Abbildzusammensetzverarbeitung derart durchführt, daß der Wert in jedem Punkt durch die Position des Referenzspiegels 6 repräsentiert wird, an dem die Reflektionsintensität den maximalen Wert aufweist, daß das dreidimensionale Profil des zu vermessenden Objektes als ein Muster gemessen werden kann.
Als nächstes wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das ein Gerät zum Messen einer dreidimensional gekrümmten Oberflächenform gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt und Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm zum Erläutern des optischen Interferenzsystems in Fig. 5. Fig. 7 ist ein Blockdiagramm der Abbildzusammensetzschaltung in Fig. 5.
In Fig. 5 wird das Licht, das von der Lichtquelle 2 des Mikroskopes 1 ausgesandt wird, durch den Halbspiegel 3 in zwei Teile zerlegt, so daß danach diese Strahlen jeweils durch die Oberfläche der auf dem Träger 4 plazierten Probe 5 und dem Referenzspiegel 6 reflektiert werden, wobei die reflektierten Strahlen des Lichts an dem Halbspiegel 3 wieder miteinander überlagert und durch die Objektivlinse 7 an der Abbildaufnahmeoberfläche der Fernsehkamera 9 durch die Linsenröhre 8 fokussiert werden.
Zu diesem Zeitpunkt interferieren die zwei Lichtstrahlen so miteinander, daß Interferenzstreifen von einem λ/2-Abstand (λ = Lichtwellenlänge) in Übereinstimmung mit der Differenz in der optischen Weglänge zwischen der Oberfläche der Probe 5 und der Ebene des Referenzspiegels 6 erzeugt werden. Insbesondere verwendet dieses Ausführungsbeispiel Licht von einer niedrigen Kohärenz als Lichtquelle 2, um so ein Interferenzstreifenmuster nach einem derartigen Beispiel zu erzeugen, daß die Lichtintensität der Interferenzstreifen in einer Position maximal wird, in der die Differenz in der optischen Weglänge zwischen der Oberfläche der Probe 5 und der Ebene des Referenzspiegels 6 auf Null reduziert ist und der Kontrast der Interferenzstreifen mit Zunahme der optischen Weglängendifferenz wie in Fig. 4 gezeigt schnell abgeschwächt wird.
Der Referenzspiegel 6 ist so angeordnet, daß er eine parallele Bewegung in der optischen Achsrichtung mittels eines Referenzspiegel-Antriebsmechanismus 11 ausführt, der durch eine Referenzspiegel-Positionssteuerung 10 gesteuert wird. Wenn so das visuelle Feld des Mikroskopes durch die Fernsehkamera 9 beobachtet wird, während der Referenzspiegel 6 durch den Referenzspiegel-Antriebsmechanismus 11 bewegt wird, ist die Art und Weise gemäß dem charakteristischen Diagramm nach Fig. 3B erkennbar, in der das Interferenzstreifenmuster äquivalent zu Konturlinie in der Höhenrichtung auf der Probe 5 graduell bewegt wird.
Ein Formenmeßgerät 12 ist so ausgelegt, daß das Abtasten des Referenzspiegels 6 durch die Referenzspiegel-Positionssteuerung 10 gesteuert wird und gleichzeitig mit dem Videosignal, das von der Fernsehkamera 9 erzeugt wird, und den Referenzspiegel-Positionssignalen, die von der Referenzspiegel-Positionssteuerung 10 erzeugt werden, die Form der Probe ausgemessen wird. Das Gerät 12 enthält eine Sequenzsteuerung 13 zur Steuerung der Folge der Meßvorgänge und eine Abbildzusammensetzschaltung 14, die nachfolgend beschrieben wird und die eine Funktion aufweist, daß das von der Fernsehkamera 9 erzeugte Videosignal während des Abtastens des Referenzspiegels 6 von Augenblick zu Augenblick verarbeitet wird, um ein zusammengesetztes Abbild zu erzeugen, indem der Wert von jedem Bildelement in dem Abbild durch die Position des Referenzspiegels 6 in dem Augenblick repräsentiert wird, bei dem der Punkt, der dem Bildelement entspricht, seine maximale Helligkeit aufweist.
Abhängend von einem extern zugeführten Startsignal führt die Sequenzsteuerung beim Durchführen der Messung einen Befehl zu der Referenzspiegel-Positionssteuerung 10, um den Referenzspiegel 6 in die Anfangsposition zu bringen. Wenn dies vorkommt, setzt die Referenzspiegel-Positionssteuerung 10 den Referenzspiegel 6 in eine Anfangsposition mittels des Referenzspiegel-Antriebsmechanismusses 11 und setzt gleichfalls das Spiegelpositionssignal auf Null zurück.
Anschließend führt die Sequenzsteuerung 13 einen Antriebsstartbefehl zu der Referenzspiegel-Positionssteuerung 10 und gleichzeitig einen Verarbeitungsstartbefehl zu der Abbildzusammensetz-Schaltung 14. Folglich fragt der Referenzspiegel-Antriebsmechanismus 11 den Referenzspiegel 6 über einen derartigen Bereich ab, daß immer ein Augenblick vorkommt, an dem die Differenz in der optischen Weglänge zwischen der Probe 5 und dem Referenzspiegel 6 bezüglich all den Formmeßpunkten auf der Oberfläche der Probe 5 auf Null reduziert wird. Gleichzeitig mit dem Start des Abtastens des Referenzspiegels 6 beginnt die Abbildzusammensetz- Schaltung 14 mit der Verarbeitung des Videosignals, das von der Fernsehkamera 8 erzeugt wird, so daß die voraus erwähnte Abbildzusammensetz-Verarbeitung während der Zeit des Abtastens des Referenzspiegels 6 durchgeführt wird.
Wenn das Abtasten des Referenzspiegels 6 über den gegebenen Bereich abgeschlossen wird, schließt die Abbildzusammensetz-Schaltung 14 die Verarbeitung in Abhängigkeit des Befehls von der Sequenzsteuerung 13 ab. Zu diesem Zeitpunkt werden die Daten entsprechend dem dreidimensionalen Profil der Probe 5 in dem Speicher der Abbildzusammensetz-Schaltung 14 gespeichert und die Daten werden zweckmäßigerweise zu einem höherrangigen Computer abhängend von dem Befehl davon transferiert.
Ein Ausführungsbeispiel der Abbildzusammensetz-Schaltung 14, die ein wesentliches Element des zuvor beschriebenen Formmeßgerätes 12 ist, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben.
Die Abbildzusammensetz-Schaltung 14 weist eine Maximumhelligkeits-Abbildverarbeitungseinheit 15 zum Verarbeiten des Videosignals auf, das von der Fernsehkamera 9 zugeführt wird, um die Helligkeit zu dem Zeitpunkt zu bestimmen, bei dem dieser für jedes der Bildelemente am hellsten wird, und weist eine Zusammensetzabbildverarbeitungseinheit 16 zum Ausführen einer Abbildzusammensetz-Verarbeitung in einer Weise auf, daß der Wert von jedem Bildelement durch das Referenzspiegel-Positionssignal zu dem Zeitpunkt repräsentiert wird, in dem das Bildelement zeitlich die maximale Helligkeit aufweist. Sie enthält zum Zweck der Steuerung der früheren Schaltungen eine Synchronisationsschaltung 17, eine Speicheradreßerzeugungsschaltung 18 und eine Ausgangssteuerschaltung 19.
Die Maximumhelligkeits-Abbildverarbeitungseinheit 15 enthält hauptsächlich einen Maximumhelligkeits-Abbildspeicher 20, der einen Pufferspeicher für Maximumhelligkeits-Abbildverarbeitungszwecke sowie eine A/D-Wandlerschaltung 21, die auf die Zeitsignale anspricht, die von der Synchronisationsschaltung 17 erzeugt werden, um ein Videosignal durch A/D-Wandlung zu digitalisieren, eine Maximumhelligkeits-Abbildspeichersteuerschaltung 22 zum Steuern des Lesens und Schreibens der Daten in den Maximumhelligkeits-Abbildspeicheradressen, die durch die Speicheradressenerzeugungsschaltung 18 bestimmt werden, eine Komperatorschaltung 23 zum Vergleichen des Signalpegels des Abbildes, das von der Fernsehkamera 9 mit dem Wert von jedem Bildelement in der entsprechenden Adresse des Maximumhelligkeits-Abbildspeichers 20 zugeführt wird, um einen von den zwei mit einem größeren Wert auszuwählen und auszugeben, und eine Schaltstufe 24.
Andererseits enthält die Zusammensetzabbild-Verarbeitungseinheit 16 hauptsächlich einen Zusammensetzabbild-Speicher 25 zum Speichern der Ergebnisse der Zusammensetzabbild-Verarbeitung sowie eine Zusammensetzabbild-Speichersteuerschaltung 26, die eine Funktion entsprechend dem Ausgangssignal von der Komperatorschaltung 23 der Maximumhelligkeits-Abbildverarbeitungseinheit 15 aufweist, so daß wenn das Eingangssignal von der Fernsehkamera 9 größer ist als der Wert der Bildelemente in der entsprechende Adresse des Maximumhelligkeits-Abbildspeichers 20, das Stromreferenz-Spiegelpositionssignal in den Zusammensetzabbildspeicher 28 eingeschrieben wird.
Die Abbildzusammensetz-Schaltung 14 startet mit dem Zeitablauf des Beginns der Verarbeitung mit dem Maximumhelligkeits-Abbildspeicher 20 und der Zusammensetzspeicher 25 wird auf Null gesetzt, so daß während der Digitalisierung des von der Fernsehkamera 9 zugeführten Videosignals durch die A/D-Wandlerschaltung 21 der Wert des Videosignals oder der Wert von jedem der Bildelemente mit dem Wert des Bildelementes in dem Maximumhelligkeits-Abbildspeicher 20 verglichen wird, der der Position des früheren Bildelements entspricht, so daß nur, wenn der Wert des Videosignals größer ist, der Wert des Bildelementes in dem Maximumhelligkeits-Abbildspeicher 20 durch den Wert des Videosignals auf den neuesten Stand gebracht wird und gleichzeitig das Referenzspiegel-Positionssignal in das entsprechende Bildelement des zusammengesetzten Abbildes eingeschrieben wird.
Auf diesem Weg wird während des Zeitabschnitts, der durch das extern zugeführte Verarbeitungssteuersignal befehligt wird, die oben erwähnte Verarbeitung so durchgeführt, daß die vorausgehend erwähnte gewünschte Abbildung in dem Zusammensetzabbildspeicher 25 bei der Vervollständigung der Verarbeitung gebildet wird. Die so verarbeitete zusammengesetzte Abbildung wird zu der folgenden Verarbeitungsschaltung oder einem höherrangigen Computer über die Ausgangssteuerschaltung 19 geführt.
Während das oben beschriebene Ausführungsbeispiel ein Beispiel von einem Gerät zeigt, das auf der Basis eines Interferenz-Mikroskopes vom Michelson-Typ konstruiert ist, ist ohne weiteres erkennbar, daß das Prinzip der Erfindung auf andere Interferenz-Mikroskope wie das vom Mirau-Typ oder Linnik-Typ anwendbar ist. Gleichfalls ist es unnötig zu erwähnen, daß das gleiche Prinzip bei Bewegen des Trägers 4 in der Richtung der optischen Achse erhalten bleibt, um die Oberfläche einer Probe anstelle des Referenzspiegels abzutasten. Ebenso ist die Erfindung nicht notwendigerweise auf das optische System der oben beschriebenen Ausführungsform begrenzt. Zusätzlich ist die Erfindung auf irgendein Interferometer anwendbar, das kein Mikroskop verwendet.
Während weiter das oben beschriebene Ausführungsbeispiel so konstruiert ist, um die Abbildzusammensetzung auszuführen, die die Positionen des Referenzspiegels codiert, können irgendwelche Quantitäten effektiv codiert werden, die geeignet sind, daß diese Quantitäten äquivalent zu den Positionen des Referenzspiegels sind. Beispielsweise ist es möglich so vorzugehen, daß unter der Annahme, daß der Referenzspiegel mit einer konstanten Geschwindigkeit abgefragt wird, ein zusammengesetztes Abbild, das durch die Zeit nach dem Start der Abtastung codiert wird, zuerst gebildet wird und nach der Vervollständigung der Abtastung des zusammengesetzten Abbildes in Werte umgesetzt wird, die den Positionen des Referenzspiegels auf der Basis der Abtastgeschwindigkeit durch eine separate Verarbeitungsschaltung entspricht, die der Abbildzusammensetz-Schaltung 14 in dem Formmeßgerät 12 folgt, wodurch die Form einer Probe gemessen wird.

Claims

1. Verfahren zum Messen einer dreidimensional gekrümmten Oberflächenform, das die Verfahrensschritte aufweist:

Erzeugen von Interferenzstreifen, die an der Oberfläche eines Objektes (5) beobachtbar sind, das gemäß einer optischen Weglängendifferenz zwischen einem Lichtstrahl, der von der Oberfläche des zu vermessenden Objektes (5) reflektiert wird, und einem Lichtstrahl vermessen wird, der von einem ebenen Referenzreflektor (6) quer zu einer optischen Achse reflektiert wird;

Messen der Position des ebenen Referenzreflektors (6) oder einer Referenzoberfläche des zu vermessenden Objektes in der Richtung der optischen Achse oder eine Äquivalent-Größe zu der Position, während der ebene Reflektor (6) oder das Objekt (5) in der optischen Achsrichtung bewegt wird;

Aufnahme eines Musters von Interferenzstreifen, die auf der Oberfläche des zu vermessenden Objektes beobachtbar sind; gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

Verarbeiten eins Videosignals von Augenblick zu Augenblick, das von dem aufgenommenen Muster erzeugt wird, um ein zusammengesetztes Abbild zu formen, in dem jedes von einer Anzahl von Bildelementen entsprechend den verschiedenen Positionen auf der Objektoberfläcne einem Wert zugeordnet wird, der die Position des ebenen Referenzreflektors oder die Objektreferenzoberfläche in der optischen Achsrichtung oder eine Äquivalent-Größe dazu verkörpert, wenn jede der Positionen der Objektoberfläche seine maximale Helligkeit erreicht; und

Messen einer dreidimensional gekrümmten Oberflächenform des zu vermessenen Objektes gemäß dem zusammengesetzten Abbild.

2. Gerät zum Messen einer dreidimensional gekrümmten Oberfläche, das aufweist:

Eine Interferenzstreifen-Erzeugungseinrichtung (1) zum Erzeugen von Interferenzstreifen, die auf der Oberfläche eines Objektes (5) beobachtbar sind, das gemäß einer optischen Weglängendifferenz zwischen einem Lichtstrahl, der von der Oberfläche des zu vermessenden Objektes (5) reflektiert wird, und einem Lichtstrahl vermessen wird, der von einem ebenen Referenzreflektor (6) reflektiert wird;

Bewegungsvorrichtungen zum Bewegen des ebenen Referenzreflektors (6) oder des zu vermessenden Objektes in Richtung einer optischen Achse;

Positionsmeßeinrichtungen (10) zum Messen der Position des ebenen Referenzreflektors oder einer Referenzoberfläche des zu vermessenden Objektes in der optischen Achsrichtung oder einer Äquivalent-Größe dazu;

Abbildaufnahmeeinrichtungen (9) zur Aufnahme eines Musters von Interferenzstreifen, die auf der Oberfläche des zu vermessenden Objektes beobachtbar sind; gekennzeichnet durch:

Eine Abbildzusammensetz-Anordnung (14), die vorgesehen ist, um ein Videosignal von Augenblick zu Augenblick zu verarbeiten, das von der Abbildaufnahmeeinrichtung erzeugt wird, um ein zusammengesetztes Abbild zu erzeugen, in dem jedes von einer Anzahl von Bildelementen entsprechend den verschiedenen Positionen auf der Objektoberfläche einem Wert zugeordnet wird, der die Position des ebenen Referenzreflektors oder der Objektreferenzoberfläche in der optischen Wegrichtung oder einer Äquivalent-Größe dazu verkörpert, wenn eine Position auf der Objektoberfläche, die jedem Bildelement entspricht, ihre maximale Helligkeit erreicht;

wodurch eine dreidimensional gekrümmte Oberflächenform des zu vermessenden Objektes durch eine computerisierte Verarbeitung auf der Basis des zusammengesetzten Abbildes durchgeführt wird, das durch die Abbildzusammensetz- Anordnung (14) gebildet wird.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildzusammensetz-Anordnung aufweist:

Maximumhelligkeits-Abbildspeichermittel (20) zum Speichern eines Maximumpegels des Videosignals für jedes Bildelement davon innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode;

Maximumhelligkeits-Verarbeitungseinrichtungen (15) zum Vergleichen des Videosignals und eines Signals, das in den Maximumhelligkeits-Abbildspeichermitteln gespeichert ist, in bezug auf jedes entsprechende Bildelement davon, um ein größerwertiges davon in den Maximumhelligkeits- Abbildspeichermitteln einzuschreiben:

Zusammensetzabbild-Speichermtitel (25), um für jedes Bildelement eine Größe des Synchronisationssignals oder einen Wert eines externen Eingangssignals zu speichern, wenn das Videosignal während einer vorbestimmten Zeitperiode den höchsten Pegel erreicht; und

Zusammensetzabbild-Verarbeitungseinrichtungen (16), wodurch für jedes Bildelement, für das die Maximumhelligkeits-Abbildverarbeitungseinrichtung betimmt, daß das Videosignal größer ist als das in den Maximumhelligkeits-Abbildspeichermitteln gespeicherte Signal, ein Zahlenwert des Synchronisationssignals oder ein Wert eines externen Eingangssignals in dem Augenblick der Bestimmung in die Zusammensetzabbild-Speichermittel (25) eingeschrieben wird.

4. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzstreifen-Erzeugungseinrichtung ein Interferenzmikroskop aufweist.

5. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzstreifen-Erzeugungseinrichtung eine Lichtquelle mit geringer Kohärenz enthält.